EXERCÍCIO #02. (VALOR 3,3) - TEMA: PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA.
Uma lâmpada foi ligada a uma fonte de 10 V e percorrida por uma corrente elétrica de 2 A durante 5 minutos. A lâmpada foi utilizada para aquecer 200 g de água, cuja temperatura aumentou de
para
. Considerando o calor específico da água
e
:
(b) Determine a energia elétrica fornecida pela lâmpada durante o experimento;
(c) Calcule o calor absorvido pela água.
Uma lâmpada foi ligada a uma fonte de 10 V e percorrida por uma corrente elétrica de 2 A durante 5 minutos. A lâmpada foi utilizada para aquecer 200 g de água, cuja temperatura aumentou de
(c) Calcule o calor absorvido pela água.
Passo 1
Vou listar claramente o que o enunciado nos dá e o que pede. Dados fornecidos:
-
(tensão da fonte). -
(corrente pela lâmpada). -
(tempo de funcionamento da lâmpada). - Massa da água:
. - Temperaturas:
e . - Calor específico da água:
. - Conversão:
.
O enunciado pede:
- (b) determinar a energia elétrica fornecida pela lâmpada durante o experimento;
- (c) calcular o calor absorvido pela água.
Passo 2
Fórmula e explicação para a energia elétrica fornecida. A energia elétrica fornecida por uma fonte a uma resistência (ou lâmpada) durante um intervalo de tempo é dada por:
onde
é a tensão em
,
a corrente em
e
o tempo em
. Explicando as unidades:
(watt) e
, logo
dá energia em joules. Antes de aplicar, converter o tempo para segundos:
Passo 3
Cálculo passo a passo da energia elétrica.
Multiplicando:
Se quiser também em calorias (opcional), usa-se
:
Passo 4
Fórmula e explicação para o calor absorvido pela água. Quando não há mudança de fase, o calor trocado pela água é
onde
é a massa,
o calor específico e
a variação de temperatura. Todas as unidades devem ser compatíveis: como
foi dado em
usaremos
em
e
em
.
Calcular
:
Passo 5
Cálculo passo a passo do calor absorvido pela água (em calorias) e conversão para joules.
Converter para joules usando
:
Passo 6
Comentário didático curto (útil para prova): Note que, numericamente, o calor absorvido pela água (
) é maior que a energia elétrica calculada fornecida pela lâmpada (
). Isso é fisicamente impossível se a única fonte de energia for a lâmpada (energia transferida não pode ser maior que a fornecida). Portanto, essa discrepância indica que ou há erro experimental/medidas imprecisas, ou foram usadas aproximações (por exemplo,
arredondado), ou há outra fonte de calor não considerada. Em uma prova, ao encontrar essa inconsistência, é bom mencionar essa observação e possíveis causas.
Resposta
(b)
(c)
(c)